JPH0435048B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈技術分野〉 本発明はマトリツクス駆動される液晶パネルを
少なくとも３枚用いて加法三原色（赤、緑、青）
の色光をそれぞれ制御し、それらを任意の割合で
加色混合させた小型、軽量のプロジエクシヨン装
置に関するものである。

〈発明の背景〉 大量の情報を効率良く表示するための表示パネ
ルとして用いられているマトリツクス液晶パネル
は、少なくともドツトマトリツクス状に配列され
た多数の絵素電極とそれに印加された電圧に応じ
て光を変調する液晶層を構成要素として含み、各
絵素にそれと対応する映像信号を印加することに
より、中間調を含む任意の単色映像を表示させる
ものが一般的である。

液晶パネルの動作モードには、ツイステツド・
ネマテイツク（TN）、ゲスト・ホスト（GH）、
ダイナミツク・スキヤツタリング・モード
（DSM）、複屈折（DAPまたはECBなど）、相転
移など多くのモードが有り、いずれもが本発明に
適用される。従来の液晶のテレビジヨン（TV）
への応用例では単一のパネルを用い、モノクロー
ムの画像表示が行なわれている。MOS−FETの
集積されたSiウエフアー基板により駆動される
GH液晶パネルを用いた脇時計型液晶TVや、TN
液晶パネルを用いたポケツタブルTVが商品化さ
れている。液晶についての詳細は、佐々木編「液
晶エレクトロニクスの基礎と応用」オーム社
（1979）などに示されている。

液晶パネルの個々の絵素を個別に制御する為に
は通常次の三方式のいずれかが用いられる。

(1) 単純マトリツクス方式 二枚の基板のそれぞれにストライプ状の行電極
列電極を設け、それらが直交するように貼り合わ
せてパネルを構成する。行電極には順次行選択信
号が印加され、列電極には行選択信号と同期して
画像信号が印加される。行電極と列電極の交点が
絵素となり、両電極に挾まれた部分の液晶がその
電位差に応答して光学特性を変える。

液晶は実効値に応答する素子である為、電圧平
均化法による駆動ではクロストークの発生が問題
となり、走査ライン数をあまり大きく設定するこ
とができない。

このような問題を克服する為に、次の二つの方
式が開発されている。

(2) 非線形素子の付加 各絵素にバリスター、MIM（Metal／
Insulator／Metal）などの非線形素子を付加し、
クロストークを抑制する方式である。

(3) スイツチング素子の付加 各絵素にスイツチング・トランジスターを付加
し、個別に駆動する方式である。選択期間中に駆
動電圧が印加され、蓄積コンデンサーに充電され
それが非選択期間中にも保持される。尚、液晶自
体も容量性の負荷であり、その時定数が駆動の繰
り返し周期に比べて十分大きい場合には、蓄積コ
ンデンサーは省略することができる。

スイツチング・トランジスタとしては薄膜トラ
ンジスタ（TFT）またはシリコン・ウエフア上
に形成されたMOS−FETなどが用いられる。

本発明は上記(2)及び(3)において特に有効な結果
が得られる。

従来のカラー液晶パネル（たとえば、特公昭54
−18886号）では同一パネル上に三原色の着色手
段をストライプ状又はモザイク状に配置し、カラ
ーブラウン管（CRT）と同じ原理により加色混
合されるので、加法三原色（赤、緑、青）が用い
られる。このような加法混合が行なわれるシステ
ムで減法三原色（黄色、シアン、マゼンタ）を用
いるのは色再現範囲が狭くなるので得策ではな
い。

本発明では３枚の液晶パネルを、それぞれ独立
に三原色の色光を制御するライトバルブとして用
いることにより任意のカラー画像を再生する。
赤、緑、青の各波長域の光はそれぞれ対応する液
晶パネルによつてその強度が変調され、それらが
合成される結果任意の色が再現される。

本発明で用いられる色光の波長範囲の選定基準
を次に示す。

本発明者は最明色の概念に基づき、加色混合に
於いて白色光源を有効に利用し、かつNTSC方式
のTV信号とのコンパテイビイリテイーを満足さ
せる為の最適条件が次のような条件であることを
見出した。

〔赤：590nm以下を吸収、590nm以上を透過 緑：495〜565nmを透過、495nm以下及び
565nm以上を吸収 青：510nm以下及び665nm以上を透過、510〜
665nmを吸収〕 しかし、本発明の特徴の一つであるダイクロイ
ツクミラーを用いて単一の白色光源の光を波長に
よつて三分割して用いる場合には、この結果をそ
のまま用いることはできず、若干の修正を要す
る。つまり三つの色光のスペクトルがオーバーラ
ツプせず、かつ三色を足し合わせた時、全可視域
をカバーすることが必要である。

以上の事項を考慮すると各色光の波長域は、次
のように選定すればよいことになる。

〔赤：約580nmより長波長側 緑：約500〜580nm 青：500nmより短波長側〕 従来のプロジエクシヨンTVは、三原色のそれ
ぞれに専用のCRTを用い、それらにより再生さ
れた画像をレンズによりスクリーン上に投影する
方式である。現行の技術ではCRTの明るさは十
分では無いので、あまり大画面に投影することは
できない。又、少しでも明るく見せる為に指向性
のスクリーンを用いるので視角は非常に狭くな
る。

更に、大形のCRTを３本用い、スクリーンと
一体化した構成になつているので、非常に大械り
な装置となり設置場所に制限を受ける。

プロジエクシヨンタイプの液晶表示としてはレ
ーザー書き込みのものが既に提案されているが、
単色表示であり本発明とは原理的に異なりまた装
置は大掛りなものになる。

〈発明の目的〉 本発明は、上記事情に鑑み、液晶パネルを少な
くとも３枚用いることにより小型軽量で明るく視
角依存性のない新規有用なプロジエクシヨン装置
を提供することを目的とする。

〈実施例〉 まず、TFTが集積されたアクテイブ・マトリ
ツクス基板を作製する。第１図ＡはTFTの一例
を模式的に描いた平面図であり、第１図Ｂはその
断面図である。TFTはガラスなどの透明な絶縁
性基板１０の上にゲート電極１１、ゲート絶縁膜
１２、半導体膜１３、ソース電極１４、及びドレ
イン電極１５が順次パターン化され積層されて構
成されている。ドレイン電極１５には絵素電極１
６及び必要に応じて設けられた蓄積コンデンサー
１７が接続される。薄膜形成法としては真空蒸着
法、スパツタリング法、CVD法、プラズマCVD
法、減圧CVD法などが用いられ、シヤドウマス
クやフオトリングラフイーの技術によつてパター
ン化される。このTFTが形成された基板で液晶
を駆動する為に更に光シールド及び配向膜を設け
る。半導体膜１３としてｎ型半導体を用いた場
合、ゲート電極１１に正の電圧を印加すると半導
体膜１３のゲート絶縁膜１２側の界面に電子の蓄
積層が形成されソース電極１４とドレイン電極１
５との間の抵抗が減少する。第１図ＣはTFTパ
ネルで液晶を駆動する場合の結線図である。ゲー
ト電極１１には周期的に走査パルスが印加され、
TFTはオン（ON）状態にされる。これに同期し
てソース電極１４には画像信号が印加され、
TFTを通して絵素電極１６及び必要に応じて設
けられた蓄積コンデンサー１７に印加され、液晶
を駆動する。蓄積コンデンサー１７はTFTがオ
フ（OFF）状態の期間中も液晶に印加すべき電
圧を保持する為のものである。液晶の時定数が走
査周期に比べて十分大きければ蓄積コンデンサー
は特に設けなくても良い。次に、ガラスなどの透
明な基板上に透明導電膜及び液晶を配向させる為
の配向膜が設けられた対向電極側の基板を作製す
る。

これら二枚の基板をスペーサを介して貼り合わ
せ、両基板の間隙に液晶を注入する。このような
液晶パネルを赤、緑、青の各色用に３枚作製す
る。液晶のモードがTNの場合には各パネルの両
面に偏光板を設ける。尚、各パネルは赤、緑、青
の色光を制御できれば良く、必ずしも各パネル自
体はその色の着色手段を備えている必要はない。

この液晶パネルは次のようにして駆動される。
駆動回路のブロツク図の一例を第２図に示す。
TV電波はチユーナーから色復調回路に至る一連
のTV受信回路３０により処理されて赤、緑、青
の色映像信号となる。各色の映像信号は、液晶の
表示モードに応じた極性で各色に対応する液晶パ
ネル２１〜２３にそれぞれ印加される。この各色
の映像信号Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）はシフトレ
ジスターとサンブルホールド回路からなるアナロ
グ・ラインメモリー３１〜３３に入力され、１ラ
イン分の映像信号が蓄えられる。次にこの１ライ
ン分の映像信号は、走査パルス発生回路３４によ
り発生された走査信号に同期してソース・ライン
１４に出力される。ゲート・ライン１１には走査
パルスが順次印加され、そのライン上のFETを
ON状態にする。このようにして個々の絵素電極
に映像信号がしかるべきタイミングでサンプル・
ホールドされ液晶が制御される。この液晶パネル
を第３図に示すような、光源４０、コンデンサー
レンズ４１、投影レンズ４２、ダイクロイツクミ
ラー４３，４４、ミラー４５からなる光学系に組
み込み、プロジエクシヨンTVを構成する。光源
としては白熱電球、ハロゲンランプ、キセノンラ
ンプなどが用いられるが、光源のスペクトルは必
ずしも連続スペクトルである必要はなく、赤、
緑、青の輝線スペクトルを発する蛍光管又は放電
管であつてもよい。この場合、輝線スペクトルの
中心波長はそれぞれ610nm，540nm，460nm付近
であることが色再現範囲の点及びNTSC方式の信
号とのコンパテイビイリイテイーの点で望まし
い。ダイクロイツクミラー４３，４４は光源の光
を赤、緑、青の３波長帯に分割し、それぞれの色
光を液晶パネルで変調した後、再び合成する為の
ものである。ダイクロイツクミラーは屈折率の異
なる複数の薄膜を積層したもので、干渉効果によ
り特定の波長域の光だけを反射し残りを透過させ
る。４３は赤を選択的に反射し他の光を透過す
る。４４は青の光を選択的に反射し他の光を透過
する。このような構成によれば単一の光源の各波
長の光を有効に利用でき、吸収フイルターによつ
て必要な波長域の光だけを透過させる方式に比べ
て光の利用効率が高くなる。

再生画像の分解能は各パネルの絵素数によつて
決定されるが、液晶パネルの製造技術、歩留、コ
ストなどの点で無制限に多くすることはできな
い。絵素数が少ない場合、再生画像は粗い画質に
なる。水平ラインの絵素数がNTSC方式のTV信
号の水平解像度（約350本）よりも小さい場合に
は人間の視覚が明度に対しては空間分解能が高く
色相に対しては低いという特性を利用して、次の
ようにすることにより見掛け上滑らかな画像を得
ることができる。

３枚の液晶パネルは各絵素の像を正確に重ね合
わせるのではなく、第４図Ｂに示す如く互いに絵
素ピツチの約1/3ずつ二方向にずらせてセツテイ
ングする。第４図Ａの如く各色の絵素をずらさな
いで正確に重ね合わせると絵素間にゲート・ライ
ンソース・ラインの影が格子状に生じ、再生画像
は粗いものになるが、各色の絵素を1/3ずつずら
すと互いに前述の格子状の影を埋めることにな
り、滑らかな画像が得られる。図中、Ｒ，Ｇ，Ｂ
はそれぞれ赤、緑、青の絵素である。この時、色
相の変化には高い空間周波数成分を生じるが、こ
れは視覚特性上人間の目には感じられない。尚、
各色の絵素に印加されるべき映像信号のサンプリ
ングは、各絵素のずらせた位置に応じたタイミン
グで行なえばより良いことは当然である。

光源の光が強い場合、液晶パネルが熱せられ動
作特性が変化するのを防ぐ為に、必要に応じてフ
アンによる空冷あるいは液晶パネルを絶縁油の中
に浸漬して液冷する。

このようにして構成されたプロジエクシヨン
TVはスライド・プロジエクター程度にコンパク
トになり、従来のプロジエクシヨンTVにくらべ
て設置場所の自由度が増し、例えば天井に投影し
たり天井から吊り下げて壁面に投影したりするこ
とができるようになる。又、投影距離を変えたり
投影レンズを交換すれば画面サイズを自由に変更
することも可能である。

尚、投影面が光学系の光軸に垂直でない場合、
矩形の画面が台形に変形したりピントがずれるな
どの問題が生じるが、第５図に示すような光学系
に「あおり」（液晶パネルと光学系の光軸のなす
角度を変化させること）を導入する事により解決
できる。

〈発明の効果〉 このように、本発明は小型軽量で明るく視角依
存性のない液晶プロジエクシヨン装置を構成した
ものであり、その実用的価値は多大である。

尚、本発明の適用範囲はTVに限定されるもの
ではなく、各種の情報処理装置のデイスプレイと
して、文字表示やグラフイツク表示にも適用でき
ることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ，Ｂ，ＣはTFTの模式平面図、模式
断面図及び結線図である。第２図は本発明の一実
施例を示す液晶プロジエクシヨンテレビ装置のブ
ロツク図である。第３図は第２図に示す液晶プロ
ジエクシヨンテレビ装置の光学系の構成図であ
る。第４図Ａ，Ｂは絵素の配置構成を説明する説
明図である。第５図は液晶プロジエクシヨンテレ
ビ装置における「あおり機構」の説明図である。 １１……ゲート電極、１２……ゲート絶縁膜、
１３……半導体膜、１４……ソース電極、１５…
…ドレイン電極、１６……絵素電極、１７……蓄
積コンデンサー、２１，２２，２３……液晶パネ
ル、３０……TV信号受信回路、３１，３２，３
３……アナログ・ラインメモリ、３４……走査パ
ルス発生回路、４０……光源、４１……コンデン
サー・レンズ、４２……投影レンズ、４３，４４
……ダイクロイツクミラー、４５……ミラー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ アクテイブマトリツクスにより駆動され、そ
   れぞれが独立に加法三原色の投射光を制御する少
   なくとも３枚の液晶パネルを配置し加色混合され
   た表示パターンを投影表示する液晶プロジエクシ
   ヨン装置において、単一光源からの出射光を分割
   して異なる光路へ投射せしめるダイクロイツクミ
   ラーが設けられかつ該ダイクロイツクミラーを経
   由して投射される投射光の各光路上に前記液晶パ
   ネルが配置され、前記液晶パネルの各々を通過し
   た三原色の投射光は光路屈折手段により同一光軸
   上に合致された後投影表示されることを特徴とす
   る液晶プロジエクシヨン装置。 ２ 各パネルの制御する色光の波長域が、 〔赤：λ₁より長波長側 緑：λ₁〜λ₂ 青：λ₂より短波長側 ただし、λ₁＝560〜600nm、λ₂＝480〜520nmで
   あり、それぞれの液晶パネルが制御すべき色光の
   強度がピークの50％になる波長を表す。〕 となるように選定された特許請求の範囲第１項記
   載の液晶プロジエクシヨン装置。